高性能混凝土论文

试论高性能混凝土姓名：***学院：************学号：**********摘要,高性能混凝土是一种是以耐久性为主要指标同时具备高强、高早强、高施工性等优异性能的新型混凝土。应该通过制备的科学性以及提高浇筑、捣实等施工方法和工艺来提高混凝土的高施工性、高强度和体积稳定性从而提高道路桥梁的使用寿命和整体经济效益。Thehigh-performanceconcreteisbasedondurabilityasthemainindicators,alongwithhighstrength,highearlystrength,highworkabilityandexcellentperformanceofnewconcrete.Throughthepreparationofthescientificandimprovethecasting,totracetheactualconstructionmethodsandprocesstoimproveconcreteconstruction,highstrengthandvolumestability,therebyenhancingthelifeandtheoveralleconomicbenefitsofroadsandbridges.关键字：高强、高性能混凝土1高性能混凝土的定义高性能混凝土（HighPerformanceConcrete，简称HPC）是在高强度混凝土（HighStrengthConcrete，简称HSC）的基础上发展起来的。在不同国家，甚至是同一国家的不同应用部门，对高性能混凝土的定义都有差别。美国和加拿大的学者认为高性能混凝土应该是高耐久性的，而不仅仅是高强度；除了强度之外，高耐久性还应包括高的体积稳定性、低渗透性和高工作性。日本学者更重视混凝土的工作性，认为高流态、免振自密实混凝土就是高性能混凝土。英国和北美学者则更重视混凝土的强度。综合分析各种观点，我国学者提出：高性能混凝土是在大幅度提高常规混凝土性能的基础上采用现代（先进的预拌）混凝土技术，选用优质原材料，除水泥、水、集料外，必须掺加足够数量的活性细掺料和高效外加剂的一种新型高技术混凝土。高性能混凝土应具有几种性能：耐久性、工作性及各种力学性能。但目前，高性能混凝土的概念又有了新的变化，清华大学冯乃谦教授提出普通混凝土也可能高性能化，其研究成果在工程实际中也得到了应用。因此，高性能混凝土并不一定强调高强，还包括普通混凝土的高性能化。2高性能混凝土产生的背景传统的混凝土虽然已有近200年的历史，也经历了几次大的飞跃，但今天却面临着前所未有的严峻挑战：(1)随着现代科学技术和生产的发展，各种超长、超高、超大型混凝土构筑物，以及在严酷环境下使用的重大混凝土结构，如高层建筑、跨海大桥、海底隧道、海上采油平台、核反应堆、有毒有害废物处置工程等的建造需要在不断增加。这些混凝土工程施工难度大，使用环境恶劣、维修困难，因此要求混凝土不但施工性能要好，尽量在浇筑时不产生缺陷，更要耐久性好，使用寿命长。(2)进入20世纪70年代以来，不少工业发达国家正面临一些钢筋混凝土结构，特别是早年修建的桥梁等基础设施老化问题，需要投入巨资进行维修或更新。1987年美国国家材料咨询局的一份政府报告指出：在美国当时的57．5万座桥梁中，大约有25．3万座处于不同程度的破坏状态，有的使用期不到20年，而且受损的桥梁每年还增加3．5万座。1991年在提交美国国会的报告“国家公路和桥梁现状”中指出，为修复或更换现存有缺陷桥梁的费用需投资910亿美元；如拖延修复进程，费用将增至1310亿美元。美国现存的全部混凝土工程的价值约6万亿美元，每年用于维修的费用高达300亿美元。在加拿大，为修复劣化损坏的全部基础设施工程估计要耗费5000亿美元。在英国，调查统计了271个工程劣化破坏实例，其中碳化锈蚀占17％，环境氯盐锈蚀占33％，内部氯盐锈蚀占5％，混凝土冻蚀10％，混凝土磨蚀10％，混凝土碱—骨料反应破坏9％，硫酸盐化学腐蚀4％，其他各种不常发生的腐蚀破坏7％。我国结构工程中混凝土耐久性问题也非常严重。建设部于20世纪90年代组织了对国内混凝土结构的调查，发现大多数工业建筑及露天构筑物在使用25～30年后即需大修，处于有害介质中的建筑物使用寿命仅15～20年，民用建筑及公共建筑使用及维护条件较好，一般可维持50年。相对于房屋建筑来说，处于露天环境下的桥梁耐久性与病害状况更为严重。据2000年全国公路普查，到2000年底我国已有各式公路桥梁278809座，公路危桥9597座，每年实际需要维修费用38亿元，而实际到位仅8亿元。港口、码头、闸门等工程因处于海洋环境，氯离子侵蚀引发钢筋锈蚀，导致构件开裂、腐蚀情况最为严重。1980年交通部四航局等单位对华南地区18座码头调查的结果，有80％以上均发生严重或较严重的钢筋锈蚀破坏，出现破坏的时间有的距建成仅5—10年。(3)混凝土作为用量最大的人造材料，不能不考虑它的使用对生态环境的影响。传统混凝土的原材料都来自天然资源。每用1t水泥，大概需要0.6t以上的洁净水，2t砂、3t以上的石子；每生产1t硅酸盐水泥约需1．5t石灰石和大量燃煤与电能，并排放1tCO2，而大气中CO2浓度增加是造成地球温室效应的原因之一。尽管与钢材、铝材、塑料等其它建筑材料相比，生产?昆凝土所消耗的能源和造成的污染相对较小或小得多，混凝土本身也是一种洁净材料，但由于它的用量庞大，过度开采矿石和砂、石骨料已在不少地方造成资源破坏并严重影响环境和天然景观。有些大城市现已难以获得质量合格的砂石。另一方面，由于混凝土过早劣化，如何处置费旧工程拆除后的混凝土垃圾也给环境带来威胁。因此，未来的混凝土必须从根本上减少水泥用量，必须更多地利用各种工业废渣作为其原材料；必须充分考虑废弃混凝土的再生利用，未来的混凝土必须是高性能的，尤其是耐久的。耐久和高强都意味着节约资源。“高性能混凝土”正是在这种背景下产生的。3高性能混凝土的特性3.1具有一定的强度和高抗渗能力高性能混凝土具有一定的强度和高抗渗能力但不一定具有高强度中、低强度亦可。高性能混凝土的抗压强度已超过200MPa28d。目前，平均强度介于100~120MPa的高性能混凝土，已在工程中应用。高性能混凝土抗拉强度与抗压强度值比较高强混凝土有明显增加，高性能混凝土的早期强度发展加快，而后期强度的增长率却低于普通强度混凝土。3.2具有良好的工作性高性能混凝土具有良好的工作性在成型过程中不分层、不离析易充满模型泵送混凝土、自密实混凝土还具有良好的可泵性施工时能达到自流平坍落度时损失小具有良好的可泵性。这种优良的工作性能可以保证施工时混凝土的质量均匀提高施工效率。3.3使用寿命长高性能混凝土除通常的抗冻性、抗渗性明显高于普通混凝土之外，高性能混凝土的Cl¯渗透率，明显低于普通混凝土。高性能混凝土由于具有较高的密实性和抗渗性，因此，其抗化学腐蚀性能显著优于普通强度混凝土。高性能混凝土的使用寿命长对于一些特护工程的特殊部位控制结构设计的不是混凝土的强度而是耐久性。能够使混凝土结构安全可靠地工作年以上是高性能混凝土应用的主要目的。3.4具有较高的体积稳定性高性能混凝土的体积稳定性较高，即混凝土在硬化早期应具有较低的水化热硬化过程中不开裂收缩徐变小。硬化后期具有较小的收缩变形不易产生施工裂缝。表现为具有高弹性模量、低收缩与徐变、低温度变形。普通混凝土的弹性模量为20~25GPa，采用适宜的材料与配合比的高性能混凝土，其弹性模可达40~45GPa。采用高弹性模量、高强度的粗集料并降低混凝土中水泥浆体的含量，选用合理的配合比配制的高性能混凝土，90天龄期的干缩值低于0.04%。高性能混凝土的总收缩量与其强度成反比，强度越高总收缩量越小。但高性能混凝土的早期收缩率，随着早期强度的提高而增大。相对湿度和环境温度，任然是影响高性能混凝土收缩性能的两个主要因素。高性能混凝土的徐变变形显著低于普通混凝土，高性能混凝土与普通强度混凝土相比较，高性能混凝土的徐变总量（基本徐变与干燥徐变之和）有显著减少。在徐变总量中，干燥徐变值的减少更为显著，基本徐变仅略有一些降低。而干燥徐变与基本徐变的比值，则随着混凝土强度的增加而降低。3.5具有良好的耐火性高性能混凝土在高温作用下，会产生爆裂、剥落。由于混凝土的高密实度使自由水不易很快地从毛细孔中排出，再受高温时其内部形成的蒸汽压力几乎可达到饱和蒸汽压力。在300°C温度下，蒸汽压力可达8MPa，而在350°C温度下，蒸汽压力可达17MPa，这样的内部压力可使混凝土中产生5MPa拉伸应力，使混凝土发生爆炸性剥蚀和脱落。因此高性能混凝土的耐高温性能是一个值得重视的问题。为克服这一性能缺陷，可在高性能和高强度混凝土中掺入有机纤维，在高温下混凝土中的纤维能熔解、挥发，形成许多连通的孔隙，使高温作用产生的蒸汽压力得以释放，从而改善高性能混凝土的耐高温性能。4高性能混凝土的配备高性能混凝土的组成材料包括水泥、粗细集料、多种矿物掺合料、水和超塑化剂，其组成和配比要比普通混凝土复杂，要求也高得多。4.1水泥及其用量配制HPC可以使用普通硅酸盐水泥、早强硅酸盐水泥、中热水泥等，其水标号大于或等于42.5R。水泥矿物组成中，C3A含量不应超过8%，比表面不宜太高，通常比表面在3200cm2/g左右。试验结果证明，C3A含量超过8%，水泥的流动度损失明显，含碱量及硫酸盐含量高的水泥更严重。为了控制水泥水化放热量以及提高体积稳定性，配制HPC时胶凝材料（包括水泥和活性掺合料）总用量通常在300~550kg/m3范围。这样，在合适的配合比条件下，可以得到抗压强度40~120MPa的混凝土。为了适应HPC的发展，最理想的办法是生产一种低水灰比、高流动性、高标号的水泥，或者生产一种调节细度和颗粒组成的水泥，与普通水泥配合使用，这样便能保证在水灰比0.2时，砂浆流动度在200mm以上。4.2矿物掺合料矿物掺合料主要是粉煤灰、矿渣、硅粉等，它们是辅助胶凝材料，近几年来在普通混凝土应用中越来越普遍，一方面是由于经济效益显著，另一方面是因为使用这种材料可以得到技术效果。在HPC中，应用辅助胶凝材料的作用就更为突出。HPC的高强度部分来源于其基材的密实，即使有一部分水泥被一种或多种辅助代替，也对混凝土的早期强度不会有副作用。此外，化学活性较低的辅助胶凝材料代替部分水泥，从控制水化放热和流变性能的角度也是有益的。4.3用水量在拌合水大大减少的情况下，获得大的流动性，使硬化混凝土具有高强度和高密实性。因此，必须使用超塑化剂破坏水泥粒子的絮凝结构，使水泥粒子分散。拌合水大大减少使水泥粒子间距缩小，因此得到比普通混凝土密实得多的水泥石结构，凭借这种高密实度的结构，水化物形成较多的水泥石结构，水化物形成较多的化学键合就能获得非常高的抗压强度。由于游离水含量较少，自干燥失水后使HPC的水泥石具有非常低孔隙率。在配制HPC时可以两种形式即水灰比ω/c和水胶比ω/(c+s)两者掺有掺合料时使用，HPC的抗压强度不仅取决于水灰比，也取决于水泥石的密实度。换句话说，两个影响混凝土强度的因素即水灰比和减小水化开始时粒子的间距。4.4集料及其用量在配制HPC时，水泥浆与集料的体积比是0.35：0.65，除此之外，集料的种类对混凝土的体积稳定性也有显著影响。例如：水泥浆与集料的弹性模量或热膨胀系数不相匹配，当结构暴露在温度变化频繁的环境中将产生开裂。同样，在一定的水泥浆、集料比时，使用弹性模量低的集料将会使混凝土的徐变增大。就长期尺寸稳定性而言，通常认为混凝土集料用石灰岩和玄岩比砂岩或河卵石好。在配合比相似时，，用花岗岩和砾石集料的混凝土比用辉绿岩或石灰岩集料的混凝土强度低得多，这是由于水泥石与集料之间的界面区的结构和粘结强度的差异造成的。除集料的材质外，使用级配良好，洁净集料（没有泥土及脆弱颗粒）是必要的。作为细集料（小于5mm）通常采用中高细度模数（即2.5~3.0）的天然砂为好。在颗粒尺寸相同时，作为粗集料用破碎的致密石灰石或深层的